长期以来,血脑屏障对脑神经疾病的药物治疗构成重大障碍。
这道生物学防线虽然保护大脑免受有害物质侵害,但同时也将绝大多数治疗性药物拒之门外。
许多在实验室中展现出良好效果的候选药物因无法有效穿透血脑屏障,在临床试验阶段陷入困境,导致脑神经疾病的治疗手段长期受限。
清华大学生物医学工程学院张明君教授团队与首都医科大学附属北京天坛医院王伊龙教授团队另辟蹊径,从颅骨解剖学结构出发寻求突破口。
研究人员发现,颅骨内的骨髓并非单纯的静止组织,而是通过一系列微小通道与脑膜相连。
这条天然存在的免疫细胞迁移通路能够使免疫细胞在生理或病理状态下绕开血脑屏障的限制,快速、定向地进入脑内病灶区域。
这一发现为中枢神经系统的药物递送开辟了全新可能性。
基于上述生物学原理,研究团队创新性地采用颅骨骨髓微创注射技术,将白蛋白纳米颗粒直接导入颅骨骨髓腔内。
实验证明,这些纳米颗粒能被颅骨骨髓中的免疫细胞高效摄取,形成所谓的"颅骨免疫细胞微纳机器人"。
这里的"机器人"并非传统意义上的机械装置,而是吞噬了纳米颗粒的免疫细胞。
纳米颗粒本身不具备靶向功能,但被细胞摄取后,就会随着免疫细胞迁移至需要的部位,从而实现精准的药物递送。
该给药方式具有显著的安全优势。
纳米颗粒在体内系统暴露极低,几乎不进入外周血液和主要脏器,不会对免疫细胞活力造成影响。
借助组织透明化和三维成像技术,研究团队清晰观察到了颅骨免疫细胞微纳机器人沿颅骨-脑膜微通道迁移的完整过程。
在正常状态下,仅有少量免疫细胞通过该通道;而在脑卒中发生后,迁移过程显著增强,纳米颗粒在脑膜和病灶区高度富集。
在急性缺血性脑卒中小鼠模型实验中,这一新技术展现出显著疗效。
即使给药剂量仅为传统静脉注射方式的十五分之一,经颅骨骨髓给药方式仍能显著缩小脑梗死体积、缓解脑水肿、改善神经功能。
长期观察数据表明,该策略不仅能改善急性期损伤,还能在28天内持续减轻脑萎缩、保护脑结构、提高动物存活率,并改善学习、记忆和运动能力。
在动物实验成功的基础上,研究团队首次开展了人体探索性临床研究。
初步临床数据显示,经颅骨骨髓给药的操作流程清晰,患者手术耐受性良好,随访期间未观察到与给药相关的严重不良事件,且在神经功能恢复方面呈现积极趋势,为该技术的临床转化奠定了初步基础。
从更深层面看,这一研究成果的意义超越了单纯的药物递送。
作为一条微创、高效、直达大脑的生物物料传输通道,它有望与脑机接口技术深度融合,发展成为同时承载物料流、能量流、信息流的多维度脑机交互接口。
这将有助于打通大脑与人工系统之间由于生物进化保护机制而长期存在的物料交换与信息交互屏障。
特别是借助微纳机器人技术实现基于脑神经信号反馈的药物闭环、按需递送,为全方位脑机智能融合研究提供了新的理论支撑和技术路径。
破解血脑屏障难题,既是医学创新的长期目标,也是提升人民健康水平的现实需求。
以颅骨骨髓免疫通路为切入点的探索,将机体天然迁移机制转化为治疗工具,体现了基础研究与临床需求的深度对接。
面向未来,唯有在规范研究、审慎验证与协同攻关中不断完善证据链,才能让“更精准、更安全、更可及”的脑疾病治疗从实验室走向更多患者。